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作
業(yè)預(yù)習(xí)至P118~119—3、5、71P127第5章
原子結(jié)構(gòu)和元素周期系答
疑
周二中午 11:50
~
13:20A
教三樓教師休息室三個(gè)量子數(shù)n,l,
m
確定一個(gè)原子軌道:波函數(shù)n
l
m21,0,0=1s2,0,0=2s2,1,0=2pz3,2,0=3dz2即1s軌道即2s軌道即2pz軌道n=1,
l=0,
m=0n=2,
l=1,
m=0n=2,
l=0,
m=0n=3,
l=2,
m=0即3dz2軌道d
2zd
xzd
yz
dxyd
2
2x
yn,
l
相同的原子軌道稱為等價(jià)軌道,或簡(jiǎn)并軌道l
=1時(shí)
m
=
0,1,
-
1
三個(gè)簡(jiǎn)并軌道px
py
pzl
=2時(shí)m
=
0,1,-1,2
,-2
五個(gè)簡(jiǎn)并軌道3nl亞層m軌道數(shù)101s012012s2p0+1,
0,
-113403s0+1,
0,
-
1+2,+1,0,
-
1,
-
21313p3923d504s0+1,0,
-
1+2,+1,0,
-1,
-2+3,+2,+1,0,
-1,
-2,
-
314124p4d351634f7n,l,
m
三個(gè)量子數(shù)確定一個(gè)原子軌道44核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)軌道運(yùn)動(dòng)n,l,m自旋運(yùn)動(dòng)msn,l,m,ms5由四個(gè)量子數(shù)n、l、m、ms
可以描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(d)
自旋量子數(shù)ms(1)
取值(2)
自旋方向用“↑”或“↓”表示22
1
和
167四個(gè)量子數(shù)的取值與物理意義nlmms取值正整數(shù)0
~
n-1-l·
0+·
l±1/2描述距離(電子層)形狀(電子亞層)原子軌道伸展方向電子自旋方向能量決定影響無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)5.2.3
原子軌道和電子云的角度分布圖角度分布圖:Y
(,)
(r,
,)
R(r)
Y
(,)原子軌道波函數(shù)n,l,m對(duì)化學(xué)鍵的形成和分子構(gòu)型的研究很重要。8原子軌道電子云
2角度分布圖例如:畫出pz
原子軌道角度分布圖:4πpzY
3
cos①9將不同
值代入,得0°30°
60°cosYpz90°
120°
150°
180°-0.866
-1.00Ypz1.00
0.866
0.5000.489
0.423
0.2440
-0.5000
-0.244-0.423
-0.4891.
原子軌道角度分布圖波函數(shù)角度部分Y
(
,
)隨
、
變化所作的圖象x10z
將所得曲線繞z軸旋轉(zhuǎn)360°,即得pz原子軌道的角度分布圖。②從坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā),引出方向?yàn)?
)的直線,取其長(zhǎng)度為Y值,將所有直線的端點(diǎn)聯(lián)起來(lái);形狀正負(fù)(3)值極值方向(4)節(jié)面,在此平面上Y
=0Ysxs,
p,d
原子軌道的角度分布剖面圖zYdx2
y2Ydz2yxxzyxYpzYpxxYpxzzyYdxyYdyzYdxzxyxzzy軌道的“節(jié)面”?對(duì)p軌道,電子概率為零的區(qū)域是個(gè)平面,稱之為節(jié)面。px軌道的節(jié)面是yz
平面,py
軌道和pz軌道的節(jié)面分別是xz
平面和xy
平面。1213關(guān)于原子軌道角度分布圖的幾點(diǎn)說(shuō)明:s亞層、p亞層、d亞層等原子軌道的形狀與取向不因主量子數(shù)n的變化而變化圖中“+、-”號(hào)僅表示作圖時(shí)函數(shù)值的正負(fù),類似于波峰與波谷,并非所帶的電荷。要掌握各原子軌道的對(duì)稱位置及“+、-”號(hào)規(guī)律,記住各圖形和相關(guān)原子軌道的對(duì)應(yīng)關(guān)系。ys,
p,
d
電子云的角度分布剖面圖注意:極值方向節(jié)面,在此平面上Y
2
=02Yp
y2Yp
x2Yp
z2xyYd2xzYd2yzYd2Ydz2Yd
222x
y2Y
s2.
電子云角度分布圖將
2
的角度部分Y2(、
)隨
、
變化所作的圖象Y
(、
)Y2
(、
)圖形胖瘦圖形符號(hào)有正負(fù)均為正應(yīng)用化學(xué)鍵的形成與分子的空間構(gòu)型15原子軌道和電子云的角度分布圖比較16第5章原子結(jié)構(gòu)和元素周期系玻爾理論原子的量子力學(xué)模型多電子原子結(jié)構(gòu)與周期系原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的關(guān)系物理學(xué)家和化學(xué)家鮑林學(xué)識(shí)淵博,在自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域都有建樹。1954年獲對(duì)化學(xué)獎(jiǎng)。1962年因致力于反和前
的核試驗(yàn)而獲得。鮑林是世界上迄今為止唯一兩次單獨(dú)獲得
獎(jiǎng)的科學(xué)家。鮑
林175.3.1
多電子原子的能級(jí)鮑林近似能級(jí)圖鮑林根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出多電子原子中各軌道能級(jí)次序,并按能級(jí)的高低順序繪成近似能級(jí)圖表示軌道能量的高低;劃分能級(jí)組鮑林近似能級(jí)圖18能量相近的軌道劃為一組,用方框表示。19每個(gè)圓圈代表一個(gè)原子軌道。各原子軌道是按能量由低到高的順序排列的,而非按各軌道離核的遠(yuǎn)近排列。在一些能級(jí)組中,相同能級(jí)組所包含的軌道和同一主量子數(shù)所包含的軌道不一樣。規(guī)律l不同(3)
不同
不同能級(jí)交錯(cuò):Ens
<
Enp
<
End不同
相同
n大時(shí)E大n(1)
相同能級(jí)(2)E1s
<
E2s
<
E3s:主量子數(shù)n相同,l越大,其能量E越高6n
4時(shí),Ens
E(n-1)d
Enpn
6時(shí),Ens
E(n-2)f
E(n-1)d
Enpn值大的亞層的能量反而比n值小的亞層的能量低的現(xiàn)象2.
能級(jí)
與能級(jí)交錯(cuò)多電子原子中各軌道的能量與主量子數(shù)n和角量子數(shù)l有關(guān)21為什么會(huì)有能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象?可用
效應(yīng)解釋224.
效應(yīng)由于電子間的相互作用力,而使核對(duì)電子的作用,稱為削弱效應(yīng),常數(shù)表示。有效核電荷其大小用Z*
=
Z
-
核電荷
常數(shù)作用,
,Z*
,電子能量。斯萊脫提出計(jì)算
值的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則,從而可計(jì)算Z*+---23核1s2s2p3s3p3d4s4p內(nèi)層電子對(duì)外層電子產(chǎn)生屏蔽作用(主要)同層電子排斥(次要)外層電子對(duì)內(nèi)層電子不產(chǎn)生作用斯萊脫規(guī)則2425多電子原子的能級(jí)多電子原子結(jié)構(gòu)與周期系核外電子分布的三個(gè)原則周期系中各元素的電子分布原子的電子分布和元素周期系5.3
多電子原子結(jié)構(gòu)與周期系(1)
能量最低原理的軌道,后依次進(jìn)入能量漸升的軌道對(duì)角線規(guī)則電子填充順序圖E1s
<
E2s
<
E3s
<E4sEns
<
Enp<
End
<Enf
電子先進(jìn)入能量最低<26E3d
E4s√×1s2s2p1s2s2p27(2) Pauli
不相容原理在同一原子中,不可能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子,或者說(shuō),在一個(gè)原子軌道中最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子費(fèi)米、海森堡和泡利(1930)1945年,泡利因他在1925年即25歲時(shí)發(fā)現(xiàn)的“不相容原理”,獲物理學(xué)獎(jiǎng)282p2s1s2p2s1s√×即在同一個(gè)原子中不可能有兩個(gè)電子具有完全相同的4個(gè)量子數(shù)。2p2s1s2p2s1s2p2s軌道表
1s示式為√××C
Carbon碳1s22s22p2(3) Hund
規(guī)則在等價(jià)軌道中,電子盡可能分占不同的軌道,而且自旋方向相同德國(guó)理論物理學(xué)家31例:24Cr:1s22s22p6
3s23p63d54s1全充滿全空p
6
或
d10
或
f
14半充滿
p3
或
d
5
或
f
7p0
或
d
0
或
f
0規(guī)則補(bǔ)充規(guī)則:等價(jià)軌道在全充滿、半充滿或全空的分布方式比較穩(wěn)定3233多電子原子的能級(jí)多電子原子結(jié)構(gòu)與周期系核外電子分布的三個(gè)原則周期系中各元素的電子分布原子的電子分布和元素周期系5.3
多電子原子結(jié)構(gòu)與周期系(1)
電子排布式(電子結(jié)構(gòu)式或電子構(gòu)型)——鮑林能級(jí)順序24Cr:1s22s22p6
3s23p63d54s11s
2s2p
3s
3p
4s
3d
4p
5s
4d
5p
6s
4f
5d
6p例:24Cr排電子順序1s22s22p6
3s23p64s13d5核與電子所組成的力場(chǎng)發(fā)生變化,4s能級(jí)發(fā)生變化,能級(jí)不再交錯(cuò)34規(guī)則(3)
原子實(shí)表示式:原子實(shí):內(nèi)層電子結(jié)構(gòu)與稀有氣體原子結(jié)構(gòu)相同的部分,用[稀有氣體符號(hào)]。He
Ne
Ar(2)
(10)
(18)4s
3d
4pKr(36)Xe(54)6s
4f
5d
6pRn(86)1s
2s2p
3s
3p5s
4d
5p24Cr:[Ar]3d54s1(2)
原子軌道表示式——1s
2s
2p
3s
3p4s3d24Cr:35價(jià)電子:主族:
最外層電子ns,
np副族:
最外層加(n-1)d鑭系:
最外層加(n-1)d
,(n-2)f思考:29Cu原子的價(jià)電子構(gòu)型為:3d104s1,36還是3d94s2?(4)
價(jià)電子構(gòu)型表示式:24Cr:3d54s1價(jià)電子:參與化學(xué)鍵形成的電子3d104s137外層電子構(gòu)型例如:24
Cr1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d5
4s11s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d324Cr3+3s2
3p6
3d33d54s1電子分布式(1).(2).(3).元素的周期與能級(jí)組元素的族元素的分區(qū)3.
原子的電子分布和元素周期系隨原子的核電荷的增加→原子外層電子重復(fù)同樣的電子構(gòu)型→元素性質(zhì)周期性變化(元素周期律)元素在周期表的位置(周期、區(qū)、族)取決于該元素原子核外電子的分布38元素周期表的發(fā)展歷史1869.3
門捷列夫(Mendeleev
D)將63種元素的性質(zhì)進(jìn)行總結(jié)和對(duì)比,發(fā)現(xiàn)化學(xué)元間的本質(zhì)聯(lián)系——元素的性質(zhì)隨原子量增加明顯的周期性遞變。39維爾納(Werner)首先倡導(dǎo)的長(zhǎng)式周期表。最通用周期表:40一個(gè)新的能級(jí)組開始填充電子(1)
元素的周期與能級(jí)組周期表中每一橫行稱為一周期,共分為7個(gè)周期能級(jí)組的形成是元素劃分為周期的本質(zhì)原因1s
2s2p
3s3p
4s3d4p
5s4d5p能級(jí)組
1
2
3
4
5周期
1
2
3
4
566741
76s4f5d6p
....核外電子排布出現(xiàn)一個(gè)新的電子層周期表中開始了一個(gè)新的周期42c)
元素所在的周期數(shù)=該元素原子的電子層數(shù)=最外層主量子數(shù)=相應(yīng)能級(jí)組數(shù)1s
2s2p
3s3p
4s3d4p能級(jí)組
1
2
3
4周期
1
2
3
456s4f5d6p
....6
76
75s4d5p51s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p
....能級(jí)組1234567周期軌道數(shù)1234567元素個(gè)數(shù)8181832未充滿d)
每周期中元素個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)能級(jí)組中原子軌道能容納的電子數(shù)43短周期長(zhǎng)周期(過(guò)渡元素與內(nèi)過(guò)渡元素)短周期44內(nèi)過(guò)渡元素45過(guò)渡元素:具有未充滿d電子的元素。(d區(qū)和ds區(qū)的元素)長(zhǎng)周期(過(guò)渡元素與內(nèi)過(guò)渡元素)內(nèi)過(guò)渡元素:具有未充滿f電子的元素。(鑭系元素:z
=57
~
71)(錒系元素:z
=89
~
103)6(2)
元素的族主族主族46副族副族VIII族族的分類依據(jù)原子的電子層結(jié)構(gòu)劃分。副族族數(shù):IB~IIB
族數(shù)=ns電子數(shù)IIIB~VIIB:最外層電子數(shù)+未充滿的次外層d
電子數(shù)主族:7個(gè),(IA~VIIA)包含長(zhǎng)、短周期的各列族數(shù)=最外層電子總數(shù)(ns+np電子數(shù))副族:7個(gè),(IB~VIIB)47僅包含長(zhǎng)周期的各列
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